合成氨條件的選擇一、合成氨的適宜條件的選擇—化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡知識(shí)的運(yùn)用

選擇適宜條件的依據(jù)、思路和方法：合成氨的反應(yīng)原理(方程式）：

N2+3H22NH3(放熱反應(yīng))

這是一個(gè)氣體總體積縮小的、放熱的可逆反應(yīng)。請(qǐng)思考這個(gè)反應(yīng)的特點(diǎn)？工業(yè)上合成氨，主要要考慮哪些因素？根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的有關(guān)知識(shí)，思考：————————，——————，————————

，都可以使合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率增大。增大壓強(qiáng)升高溫度使用催化劑

經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益：速度要快，原料的利用率要高，單位時(shí)間的產(chǎn)量要高。另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源，原料，設(shè)備條件等因素。根據(jù)化學(xué)平衡的知識(shí)請(qǐng)思考：要增大平衡體系中氨的含量、增大原料的轉(zhuǎn)化率可以采用哪些方法？增大壓強(qiáng)，降低溫度，減小生成物的濃度都可以提高原料的轉(zhuǎn)化率。下面請(qǐng)綜合以上兩方面的因素，并結(jié)合實(shí)際情況討論實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)壓強(qiáng)、溫度、濃度等條件的選擇。

N2+3H22NH3(放熱反應(yīng))1、壓強(qiáng)怎么選？

分析：①合成氨反應(yīng)是體積縮小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。②但是壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動(dòng)力大，因此壓強(qiáng)也不宜過(guò)高。綜合以上兩點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在20MPa---50MPa之間。

2、溫度怎么選擇？①因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量。

②可是溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此溫度也不宜太低。催化劑要在一定溫度下效果最好。綜合以上因素，實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在500℃（主要考慮催化劑的活性）左右。

3、用不用催化劑？使用催化劑能否提高合成氨的轉(zhuǎn)化率？使用催化劑對(duì)反應(yīng)速率有何影響？實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在500℃時(shí)活性較高。

4、濃度怎么定？H2和N2的比例怎么定？增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。因此可以用保持一定的氮、氫濃度，減少氨氣的濃度的方法，提高合成氨的效率和產(chǎn)量。實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去；及時(shí)補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃?，使其保持一定的濃度?/p>

舉例：在合成氨工業(yè)中，為增加氨氣的日產(chǎn)量，在實(shí)現(xiàn)此目的的過(guò)程中與平衡移動(dòng)無(wú)關(guān)的是

（A）不斷將氨分離出來(lái)（B）使用催化劑（C）采用500℃的高溫（D）采用20-50Mp的壓強(qiáng)二、合成氨工業(yè)簡(jiǎn)介：1、合成氨工業(yè)的流程原料氣的制取—凈化—壓縮—合成—分離

—液氨

N2

H22、原料氣制?。嚎諝鈮嚎s碳液態(tài)空氣N2(先逸出)物理方法蒸發(fā)CO2(+N2)N2化學(xué)方法

分離出CO2制氮?dú)?制氫氣:天然氣CO+H2CO2+H2H2

H2O(氣)分離出CO2CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2O(氣)

3、氨的合成：（1）主要設(shè)備：合成塔（2）反應(yīng)原理：N2+3H22NH3高溫高壓催化劑

三、設(shè)想合成氨的發(fā)展前景參考：①生物中植物對(duì)氮的需求；②生物固氮的原理和條件；③理想的人工固氮條件。我國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展情況：

解放前我國(guó)只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠；

1949年全國(guó)氮肥產(chǎn)量?jī)H0.6萬(wàn)噸；

2000年達(dá)到3363.7萬(wàn)噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國(guó)家之一。擁有多種原料、不同流程的大、中、小合成氨廠1000多家.

例題：合成氨廠通過(guò)測(cè)定反應(yīng)前后混合氣體的密度來(lái)確定氨氣的轉(zhuǎn)化率。某工廠測(cè)得合成塔中N2、H2的混合氣體密度為0.553g/l（標(biāo)況），從合成塔中出來(lái)的混合氣體在相同情況下密度為0.693g/l，求該合成氨廠氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率。解：合成塔中N2、H2混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量M=22.4ρ標(biāo)=22.4×0.553=12.4設(shè)混合氣體中N2xmol則H2為(1—x)mol28x+2(1-x)=12.4則x=0.41-x=0.6即VN2/VH2=2:3設(shè)起始加了5V混合氣體根據(jù)ρ=m/v得出ρ1/ρ2=V2/V1

從合成塔出來(lái)的氣體的體積V2=4VN2+3H22NH3根據(jù)差量法可知氮?dú)廪D(zhuǎn)化了0.5V則α（N2）=0.5V/2V=0.25即氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為25%1．在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，下列變化過(guò)程不能使平衡向右移動(dòng)的是（

）（A）不斷將NH3分離出來(lái)（B）使用催化劑（C）采用700K左右的高溫（D）采用2×107～5×107Pa的壓強(qiáng)練一練：BC例題：能使合成氨反應(yīng)進(jìn)行程度增大的方法是（）A、升高溫度B、降低壓強(qiáng)C、使用催化劑D、及時(shí)分離出氨氣 DD2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為：CO(g)+H2O（g）

CO2(g)+H2(g)（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（）A、增大壓強(qiáng)B、降低溫度C、增大水蒸氣濃度D、增大CO濃度BC3、在合成氨反應(yīng)中，入口氣體體積比N2:H2:NH3

為6:18:1，出口氣體體積比為9:27:8，則H2的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。25%H2轉(zhuǎn)化率=×100%=25%1.5×318

N2+3H22NH3起始6181變化X3X2X6-X:1+2X=9:8X=1.54、在合成氨時(shí)，可以提高H2轉(zhuǎn)化率的措施是（）(A)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間(B)充入過(guò)量H2(C)充入過(guò)量N2(D)升高溫度C5、關(guān)于氨的合成工業(yè)的下列說(shuō)法正確的是（）(A)從合成塔出來(lái)的氣體，其中氨一般占15%，所以生產(chǎn)氨的工業(yè)的效率都很低(B)由于NH3易液化，N2、H2可循環(huán)使用，則總的說(shuō)來(lái)氨的產(chǎn)率很高(C)合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在500℃左右，目的是使平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行(D)合成氨工業(yè)采用20

MPa----50MPa，是因該條件下催化劑的活性最好B6.下列反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，哪種條件下生成物的含量最高：X2(g)+2Y2(g)

X2Y4(g)

（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)）()A.高溫高壓B.低溫低壓C.高溫低壓D.高壓低溫D7.對(duì)于反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)下列判斷正確的是()A.2體積SO2和足量O2反應(yīng),必定生成2體積SO3B.其他條件不變,增大壓強(qiáng),平衡向右移動(dòng)C.平衡時(shí),SO2消耗速率必定等于O2的生成速率的兩倍D.平衡時(shí),SO2濃度必定等于O2濃度的兩倍.BC8.在一定條件下,合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡后,混合氣體中NH3的體積占25%,若反應(yīng)前后條件保持不變,則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物體積的之比是()ABCDA已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)△H＜0其